Né stella né pianeta, ecco lo strano corpo celeste che incuriosisce gli astronomi

Lo studio di nane brune anomale come “The Accident”, scoperta per caso nel 2018, inizia a illuminare le enigmatiche terre di confine che separano i pianeti dalle stelle
di Jonathan O’Callaghan/Quanta Magazine
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Dan Caselden era rimasto sveglio fino a tardi il 3 novembre 2018, giocando al videogioco Counter-Strike, quando ha fatto la storia dell’astronomia. Ogni volta che moriva, sul suo computer portatile passava a controllare l’esecuzione di una ricerca automatica delle immagini dei telescopi spaziali della NASA.

Improvvisamente, nelle prime ore del mattino, era comparso qualcosa di bizzarro. “Era molto confuso”, ricorda Caselden. “Si muoveva più velocemente di qualsiasi cosa avessi scoperto. Era debole e veloce, e questo lo rendeva molto strano.”

Caselden allora ha inviato una e-mail agli astronomi con i quali lavorava nell’ambito del progetto Backyard Worlds: Planet 9. Una volta esclusa la possibilità che si trattasse di un artefatto dell’immagine, gli scienziati si sono resi conto che stavano guardando qualcosa di davvero insolito, un oggetto estremamente debole a 50 anni luce di distanza che sfrecciava attraverso la galassia a 200 chilometri al secondo. Gli è stato dato il nome di WISE 1534-1043, ma in virtù delle sue caratteristiche singolari e della sua scoperta casuale, si è subito guadagnato il soprannome di “The Accident” [“l’incidente”, letteralmente; NdR]

Gli astronomi oggi pensano che Caselden abbia trovato una nana bruna, una stella mancata che non ha la massa necessaria per iniziare la fusione nucleare nel suo nucleo. “Si forma come una stella”, dice Sarah Casewell, astronoma all’Università di Leicester, nel Regno Unito. “Tuttavia, non raggiunge mai una massa sufficiente per fondere l’idrogeno in elio e iniziare a bruciare qualcosa.”

La scoperta di The Accident ha evidenziato come abbiamo ancora molto da imparare sulle nane brune. Questi oggetti variano in massa da una stima di 13 volte la massa di Giove a 75 volte o più, ma dove si trovino esattamente questi due confini è un dilemma continuo. “Nelle conferenze se ne discute continuamente”, in particolare sul limite inferiore, osserva Beth Biller, astronoma all’Università di Edimburgo, nel Regno Unito. Anche se 13 masse di Giove è più o meno la massa alla quale può avvenire la fusione del deuterio – la caratteristica che differenzia le nane brune dai pianeti giganti gassosi – il confine può variare. “Non c’è niente di speciale nelle 13 masse di Giove”, ha detto Biller. “È del tutto ad hoc.”

Le nane brune variano molto anche in termini di temperatura. Le più calde hanno temperature superficiali di circa 2000 °C, “circa quella della fiamma di una candela”, dice Biller. Le più fredde sono sotto i 200 °C. Poiché non hanno una propria fonte di calore, nel corso di miliardi di anni le nane brune si raffreddano gradualmente fino a queste temperature più basse. Le sub-nane, che sfumano ulteriormente il confine tra pianeti e nane brune, possono essere ancora più fredde. Un oggetto chiamato WISE 0855-0714 è sotto lo zero. “È l’oggetto più freddo che conosciamo al di fuori del nostro sistema solare”, nota Biller.

Anche l’aspetto da vicino di una nana bruna non è chiaro. Nonostante il loro nome – proposto dall’astronoma Jill Tarter nel 1975 – probabilmente non sono marroni. Sono più arancioni o rosse. “Nel bene e nel male è rimasto come nome”, dice Davy Kirkpatrick, astronomo del California Institute of Technology.

Hanno anche atmosfere, e queste atmosfere possono mostrare una sorta di bande e tempeste simili a macchie, come su Giove. L’anno scorso, Biller e i suoi colleghi hanno usato queste tempeste per misurare la velocità del vento su una nana bruna che si trova a circa 34 anni luce di distanza. Prima hanno osservato le caratteristiche della sua atmosfera comparire e scomparire dalla vista mentre ruotavano, e poi hanno confrontato questa velocità con una misurazione della velocità di rotazione interna dell’oggetto ricavata dal suo campo magnetico. Confrontando i due valori, i ricercatori hanno calcolato una velocità del vento di oltre 2300 chilometri all’ora, più di cinque volte quella dei venti di Giove.

Poiché le nane brune fanno da ponte tra le stelle e i pianeti, possono aiutarci a capire entrambi. All’estremità superiore della scala di massa, il confine tra le più grandi nane brune e le stelle più piccole può darci indicazioni su come inizia la fusione nucleare. Un oggetto deve raggiungere temperature di circa tre milioni di gradi Celsius nel suo nucleo per avviare la fusione nucleare, spiega Nolan Grieves dell’Università di Ginevra, in Svizzera; questo accende una reazione a catena che trasforma l’idrogeno in elio. Ma nessuno è davvero sicuro di quanta massa sia necessaria perché questo accada, e a che punto una nana bruna diventi una stella. “Ci sono molti aspetti dell’evoluzione stellare su cui la nostra conoscenza è ancora piuttosto incerta”, dice Biller. “Dove si trovi esattamente il limite di fusione è una di queste domande.”

Un recente lavoro diretto da Grieves ha identificato cinque nane brune a massa elevata, cioè con masse tra 77 e 98 volte quella di Giove. “Sono proprio sul confine dove inizia la fusione dell’idrogeno”, prosegue Grieves. Non è chiaro al momento, tuttavia, su quale lato del confine si trovino questi cinque oggetti. “Non conosciamo la vera natura di questi oggetti – dice Grieves – perché sono molto vicini a questo limite.”

Alcune nane brune potrebbero anche essere così simili alle stelle da ospitare pianeti propri. “Sappiamo di alcuni sistemi di nane brune che sembrano avere dischi protoplanetari”, dice Kirkpatrick. “E ci sono tutte le indicazioni che esistano nane brune che hanno anche i loro esopianeti che orbitano attorno a esse. Un santo graal dell’astronomia è trovare una nana bruna con un esopianeta in transito.”

All’estremità opposta della scala di massa delle nane brune si trova The Accident. È un oggetto estremamente piccolo, freddo e debole, “appena al livello della nostra capacità di rilevazione”, dice Kirkpatrick. Gli astronomi sono ansiosi di capire quale sia la differenza tra una nana bruna a massa ridotta e un pianeta gigante gassoso di massa elevata. Questo rende obiettivi utili le piccole e deboli nane brune come The Accident.

The Accident sembra anche essere composta da un materiale strano. Quando l’universo invecchia, le supernove “sputano fuori” molti elementi più pesanti come carbonio e ossigeno, quelli che gli astronomi chiamano “metalli”. Per questo motivo, gli oggetti vecchi che si sono formati all’inizio della storia dell’universo tendono ad avere pochi metalli, mentre gli oggetti nuovi ne hanno di più. Eppure, nonostante sia stato trovato in prossimità del nostro sistema solare – che ospita per lo più stelle giovani e ricche di metalli – The Accident sembra povera di metalli. “Pensiamo che questa sia probabilmente una nana bruna più vecchia, probabilmente una che è stata creata prima che la Via Lattea avesse tutto l’arricchimento di metallo che ha ora”, dice Kirkpatrick. Casewell aggiunge che probabilmente è stata “una delle prime nane brune formatesi” nella nostra galassia, originatasi nell’alone galattico esterno che circonda la Via Lattea per poi migrare verso l’interno.

Come per molti altri fenomeni nel nostro universo, la scoperta evidenzia che questi oggetti sconcertanti e misteriosi sono disponibili in tutte le forme, e inserirli in categorie rigidamente definite non è un compito semplice. Caselden, nel frattempo, spera di poter contribuire di più al campo in futuro, forse cercando oggetti simili ora che sa che cosa cercare. “Voglio trovare un altro The Accident”, afferma. “E voglio che non sia un caso.”